1. РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН
(19) KZ (13) A4 (11) 28723
(51) E21F 5/00 (2006.01)
КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ
МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ
(21) 2012/1288.1
(22) 10.12.2012
(45) 15.07.2014, бюл. №7
(72) Плотников Валерий Михайлович; Стефлюк
Юрий Михайлович; Мясников Николай
Викторович; Оленченко Виталий Петрович; Беляев
Владимир Васильевич
(73) Плотников Валерий Михайлович
(56) А.с. №1362140, кл. E21F 5/00, 1986
(54) МОНОЛИТНАЯ ВЗРЫВОУСТОЙЧИВАЯ
ПЕРЕМЫЧКА И СПОСОБ УВЕЛИЧЕНИЯ ЕЁ
НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ
(57) Изобретение относится к горной
промышленности и может быть использовано при
изоляции пожарных участков в шахтах опасных по
взрывам газа и пыли, а также для защиты объектов
гражданской обороны, размещенных в горных
выработках, от разрушения взрывом.
Задачей данного изобретения является
разработка более надежной конструкции
взрывоустойчивой монолитной перемычки с
повышенной несущей способностью.
Монолитная взрывоустойчивая перемычка,
включающая заполненную быстротвердеющим
раствором опалубку, состоящую из двух опорных
щитов, установленных в горной выработке, кроме
того, для повышения устойчивости перемычки за
счет перераспределения напряжений в теле
перемычки при воздействии на нее ударной волны
взрыва, она снабжена проемной трубой с
перфорированной сеткой и лядой расположенной с
противоположной стороны от действия взрыва, в
которую затекает ударная волна аварийного взрыва,
и прегружает преграду при этом растянутая зона
перемычки работает на сжатии, что существенно
увеличивает ее несущею способность. Приведены
расчетные зависимости позволяющие рассчитывать
толщину перемычки в зависимости от прочности
материала условий закрепления перемычки и
интенсивности ударной волны аварийного взрыва.
(19)KZ(13)A4(11)28723

2. 28723
2
Изобретение относится к горной
промышленности и может быть использовано при
изоляции пожарных участков в шахтах опасных по
взрывам газа и пыли, а также для защиты объектов
гражданской обороны, размещенных в горных
выработках, от разрушения взрывом.
Известное устройство для локализации ударных
волн аварийных взрывов в шахтах представляет
собой монолитную преграду с проемной трубой и
сферической крышки, возведенную между щитов
опалубки. Причем, толщина перемычки (Н) зависит
от максимального давления, действующего на
перемычку от ударной волны взрыва (∆Рф), предела
прочности материала перемычки на растяжение (Ru)
и на сдвиг (Rc=0,2 Rсж) определяется по расчетным
зависимостям
и
д
ф
ф
ф
hb
R
hК
Р
P
P
H
*)1(
**)
72,0
6
2(
865,0 4
2
2
ϕ−
+∆
∆
+∆
=>
(работа на изгиб)
)
72,0
6
2(*
)1(**2,0
**75.0
2
4
+∆
∆
+∆
−
=>
ф
ф
ф
сж
д
P
P
P
R
Кh
H hb
ϕ
(работа на изгиб)
где:
∆Рф - интенсивность ударной волны аварийного
взрыва взаимодействующей с монолитной
преградой МПа
b - ширина поперечного сечения выработки в
которой монтируется монолитная перемычка, м.
h - высота поперечного сечения выработки в
которой монтируется монолитная перемычка, м.
Rи и Rсж; - соответственно прочность материала
монолитной перемычки на изгиб и на сжатие, МПа
Кд - коэффициент динамичности нагрузки от
ударной волны взрыва принимается равным 1,3 при
расчете конструкции в стадии упруго-пластичных
деформаций, 1,8 при расчете конструкций
перемычки в упругой стадии (см. СНиП 2.01.54:84.)
b
h
=ϕ - коэффициент условий закрепления
перемычки в горной выработке
(см. В.М. Плотников Использование гипсовых
вяжущих в шахтах Караганда: КазгосИНТИ 1994 г.,
83 ст.)
Однако такие монолитные перемычки трудоемки
при возведении и требуют больших материальных и
трудовых затрат, включая повышение надежности
их эксплуатации и несущей способности.
В тело каждой монолитной перемычки
вмонтированы проемные трубы для осуществления
вентиляции аварийного участка, каждая проемная
труба состоит из нескольких цилиндрических
секций обрамленных круговыми ребрами
жесткости, которые соединены между собой при
помощи болтов. Торец проемной трубы, со стороны
предполагаемого взрыва на перемычку закрывают
полусферической равнопрочной крышкой после
возведения перемычки. Противоположный торец
проемной трубы закрывают плоской круговой
крышкой.
Несущую способность такой массивной
перемычки снижает полая проемная труба, особенно
в такой ее части, где она расположена в растянутой
зоне по толщине монолитной перемычки
возникающей при взаимодействии перемычки с
ударной волной взрыва, так как прочность
материала монолитной перемычки на растяжение в
два-три раза меньше чем на сжатие.
Наиболее близким техническим решением по
конструкции и способу увеличения её несущей
способности является конструкция монолитной
перемычки в теле которой благодаря новациям под
действиям ударной волны осуществляется
перераспределение напряжений (см. А.с. №1362140
МКП E21F 5/00), и происходит увеличение ее
несущей способности, что осуществляется за счет
ввода в тело перемычки не менее двух Г-образных
герметичных, заполняемых жидкостью рукавов
вертикальные ветви которых имеют защитный
кожух состоящий из двух вертикально
установленных швеллерных балок передающих
нагрузку от ударной волны через воду в рукава на
растянутую зону тела монолитной перемычки по её
краям у стенок горной выработки.
Недостатком этого технического решения
является трудоемкость работы по возведению
перемычки и низкая надежность работы,
обусловленная введением в конструкцию преграды
новых элементов передающих нагрузку от ударной
волны в растянутую зону монолитной перемычки,
через разгружающие элементы заполненные водой.
Задачей изобретения является снижение
трудоемкости работы по возведению перемычки с
повышенной несущей способностью и надежностью
работы при действии на неё нагрузки от ударной
волны аварийного взрыва.
Техническим результатом изобретения является
повышение надежности работы преграды за счет
новаций, характеризующих устройство и способ
возведения такой преграды, благодаря которому (в
зоне растягивающих напряжений в теле перемычки
создаются сжимающие напряжения) при действии
на перемычку нагрузки от ударной волны взрыва,
что значительно увеличивает несущую способность
перемычки.
Это достигается тем, что проемная труба в
монолитной перемычке выполнена без
полусферической крышки со стороны действия
ударной волны предполагаемого аварийного взрыва,
а корпус проемной трубы, состоящий из 3-4 секций,
средние из которых выполнены перфорированными.
Окончательно проемную трубу закрывают с
противоположной стороны от действия взрыва на
перемычку полусферической равнопрочной
крышкой, обращенной вогнутостью к действию
ударной волны затекания в проемную трубу.
Предложенное техническое решение соответствует
критерию «новизны» и критерию «существенные
отличия».
На фиг.1 показан общий вид монолитной
перемычки из вяжущих материалов в разрезе по
продольной оси горной выработки. На фиг.2
средняя перфорированная секция проемной трубы

3. 28723
3
перемычки, равнопрочная крайним по продольным
усилиям, обернутая по периметру и длине сеткой с
мелкими ячейками. На фиг.3 показан разрез I-I
фиг. 2. На фиг.4 показана расчетная схема
перемычки при действии на нее нагрузки от ударной
волны аварийного взрыва.
Перемычка фиг.1 состоит из опорных щитов
опалубки 1, закрепленной к вертикальным стойкам
2 по перечному сечению горной выработки. Щиты
опалубки 1 разнесены по длине выработки на
величину (Н), которая является толщиной
перемычки и зависит от прочности монолитного
материала, конструктивных особенностей
перемычки и величины нагрузки от ударной волны
аварийного взрыва.
Через щиты опалубки 1 пропускают трубу 3 для
подачи жидкого раствора 4 в опалубку и трубу 5 для
стравливания лишнего раствора из опалубки. Труба
6 предназначена для взятия проб воздуха за
перемычкой. Труба 7 для подачи инертного газа за
перемычку. Для осуществления режима
проветривания во время возведения монолитной
перемычки перед запуском раствора 4 в
пространство между щитами опалубки 1 монтируют
проемную трубу 8, состоящую из нескольких
равнопрочных трубчатых секций толщиной 2-3 мм и
диаметром 800 мм с торцовыми ребрами жесткости
9 соединенных между собой равнопрочно
металлическими болтами с гайками. Средняя секция
проемной трубы 10 выполнена перфорированной и
равнопрочной по продольным усилиям с крайними
секциями.
Коэффициент перфорации поверхности средней
секции проемной трубы должен быть равным не
менее 0,3. Под коэффициентом перфорации
поверхности средней секции проемной трубы
понимается отношение суммарной площади
сквозных отверстий в боковой поверхности
проемной трубы к площади сплошной поверхности
проемной трубы.
Конструктивно перфорация фиг.2 и фиг.3
достигается тем, что круговой сегмент выполнен из
проволочной сетки 11 с номинальным размером
ячейки в свету 4,5 мм из проволоки диаметром
2,0 мм низкоуглеродистой стали, тестированное
условное обозначение такой сетки [Сетка 2 - 4,5-
2НУ Гост 3826-82]
Сетка 11 смонтирована на продольных стержнях
12 которые равномерно закреплены по внутреннему
диаметру ребер жесткости 9 с симметричными
отверстиями 13 для соединения секций проемной
трубы между собой.
Проемную трубу в возведенной монолитной
перемычке закрывают равнопрочной
полусферической крышкой 14 со стороны
противоположной действию ударной волны
аварийного взрыва.
Перемычка работает следующим образом.
При возникновении взрыва ударная волна
набегая на перемычку оказывает давление на
фронтальную стенку преграды отражается от неё и
затекает в открытое отверстие проемной трубы
(фиг.4).
Интенсивность ударной волны затекающей в
проемную трубу монолитной перемычки
определяют по формуле:
МПа
F
f
Р
Р
Р
F
f
Р
Р
P
F
f
Р
Р
Р
P
ф
ф
ф
ф
ф
ф
ф
ф
ф
зат ,
8,4
*
72,0
6
28,229,0*
72,0
6
2*4,029.0*
72,0
6
2*4,0
2
2
22








+∆
∆
+∆+








−








+∆
∆
+∆+−








+∆
∆
+∆
=∆
где:
∆Рф - интенсивность ударной волны аварийного
взрыва взаимодействующей с монолитной
преградой. МПа
∆Рзат - давление в ударной волне после затекания
в проемную трубу, МПа
f - площадь поперечного сечения проемной
трубы, м2
,
F - площадь поперечного сечения выработки в
месте установки монолитной перемычки с проемной
трубой, м2
.
Отраженная ударная волна от затекающий в
проемную трубу ∆Рзат при взаимодействии ее с
лядой проемной трубы определяют из выражения
72,0
6
2
2
+∆
∆
+∆=∆
зат
зат
зат
отр
зат
Р
Р
РР
Интенсивность ударной волны затекающей в
проемную трубу и отражение её от ляды, как
показали эксперименты, проведенные на моделях
перемычек соответствуют приведенным расчетным
зависимостям и основным положениям изложенным
в СниП РК В2.4-4-2000 или (см. Защитные
сооружения гражданской обороны в подземных
горных выработках СНиП 2.01.54-84 )
Эксперименты проведены методом сравнения на
моделях существующей и предложенной перемычки
с проемной трубой в которую затекает ударная
волна показали повышение несущей способности
новой перемычки не менее чем на 20%. При этом
увеличивается площадь сжатой зоны в теле
перемычки.
Ориентировочная зависимость для определения
толщины монолитной перемычки с учетом
предложенных новаций при работе её на растяжение
и сдвиг определяют из выражений
отр
зати
д
ф
ф
ф
hb
РR
hК
Р
P
P
H
∆+−
+∆
∆
+∆
=>
*)1(
**)
72,0
6
2(
865,0 4
2
2
ϕ
(работа на растяжение)
)
72,0
6
2(*
)1(*)(*2,0
**75.0
2
4
+∆
∆
+∆
−∆+
=>
ф
ф
фотр
затсж
д
P
P
P
РR
Кh
H hb
ϕ
(работа на растяжение)

4. 28723
4
где:
b - ширина поперечного сечения выработки в
которой монтируется монолитная перемычка, м.
h - высота поперечного сечения выработки в
которой монтируется монолитная перемычка, м.
Rи - прочность материала монолитной перемычки
на изгиб, МПа
Rсж - прочность материала монолитной
перемычки на сжатие, МПа
b
h
=ϕ - коэффициент условий закрепленной
перемычки
отр
затР∆ - давление во фронте отраженной
ударной волны аварийного взрыва затекающего в
проемную трубу.
∆Рф - интенсивность ударной волны аварийного
взрыва взаимодействующей с монолитной
преградой. МПа
Кд - коэффициент динамичности принимается
равным 1,3 при расчете конструкции в стадии
упруго-пластичных деформаций, 1,8 при расчете
конструкций перемычки в упругой стадии.
Требуемая величина толщины перемычки
определятся как наибольшее значение полученное
исходя из работы перемычек на изгиб и сдвиг.
Использование на практике расчетных
зависимостей позволяет более рационально
проектировать монолитные взрывоустойчивые
перемычки, особенно при проведении
технологических взрывов. Это позволят уменьшить
поперечные размеры новых перемычек по
сравнению с существующими и снизить их
материалоемкость.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Взрывоустойчивая монолитная перемычка
включающая заполненную быстротвердеющим
раствором по всему поперечному сечению
опалубку, состоящую из щитов разнесенных друг от
друга по выработке на расстояние (Н) между
которыми смонтирована проемная труба с лядами
по торцам диаметром не менее 800 мм, для
осуществления проветривания аварийного участка
отличающаяся тем, что проемная труба выполнена
перфорированной наполовину её длины, считая от
ляды, которую устанавливают одну со стороны
противоположной действию ударной волны взрыва
и изготавливают полусферические формы и
равнопрочно её закрепляют по торцу проемной
трубы.
2. Способ возведения монолитной
взрывоустойчивости перемычки, отличающийся
тем, что со стороны действия ударной волны ∆Рф
проемную трубу не закрывают, а интенсивность
отраженной волны затекания ∆Рзат и интенсивность
ее отражения
отр
затР∆ в проемной трубе определяют
из выражений
МПа
F
f
Р
Р
Р
F
f
Р
Р
P
F
f
Р
Р
Р
P
ф
ф
ф
ф
ф
ф
ф
ф
ф
зат ,
8,4
*
72,0
6
28,229,0*
72,0
6
2*4,029.0*
72,0
6
2*4,0
2
2
22








+∆
∆
+∆+








−








+∆
∆
+∆+−








+∆
∆
+∆
=∆
72,0
6
2
2
+∆
∆
+∆=∆
зат
зат
зат
отр
зат
Р
Р
РР
МПа
F
f
Р
Р
Р
F
f
Р
Р
P
F
f
Р
Р
Р
P
ф
ф
ф
ф
ф
ф
ф
ф
ф
зат ,
8,4
*
72,0
6
28,229,0*
72,0
6
2*4,029.0*
72,0
6
2*4,0
2
2
22








+∆
∆
+∆+








−








+∆
∆
+∆+−








+∆
∆
+∆
=∆
72,0
6
2
2
+∆
∆
+∆=∆
зат
зат
зат
отр
зат
Р
Р
РР , МПа
где:
f - площадь поперечного сечения проемной
трубы, м2
,
F - площадь поперечного сечения выработки в
месте установки монолитной перемычки с приемной
трубой, м2
3. Способ возведения монолитной
взрывоустойчивой перемычки по п.2,
отличающийся тем, что её несущую способность
характеризуемую толщиной (Н) монолитной
перемычки определяют как большую при работе
перемычки на изгиб и сдвиг по зависимостям
отр
зати
д
ф
ф
ф
hb
РR
hК
Р
P
P
H
∆+−
+∆
∆
+∆
=>
*)1(
**)
72,0
6
2(
865,0 4
2
2
ϕ
(работа на растяжение)
)
72,0
6
2(*
)1(*)(*2,0
**75.0
2
4
+∆
∆
+∆
−∆+
=>
ф
ф
фотр
затсж
д
P
P
P
РR
Кh
H hb
ϕ
(работа на растяжение)
где:
b - ширина поперечного сечения выработки в
которой монтируется монолитная перемычка, м.
h - высота поперечного сечения выработки в
которой монтируется монолитная перемычка, м.
Rи - прочность материала монолитной
перемычки на изгиб, МПа
Rсж - прочность материала монолитной
перемычки на сжатие, МПа

5. 28723
5
b
h
=ϕ - коэффициент условий закрепленной
перемычки
отр
затР∆ - давление во фронте отраженной
ударной волны аварийного взрыва затекающего в
проемную трубу.
∆Рф - интенсивность ударной волны аварийного
взрыва взаимодействующей с монолитной
преградой. МПа
Кд - коэффициент динамичности принимается
равным 1,3 при расчете конструкции в стадии
упруго-пластичных деформаций, 1,8 при расчете
конструкций перемычки в упругой стадии.
Верстка Ж. Жомартбек
Корректор Е. Барч